门座式起重机控制系统中变频器的应用方法

门座式起重机控制系统中变频器的应用方法

林 枫 胡平正

江苏省特种设备安全监督检验研究院扬州分院；江苏 扬州 225600

摘要：门座式起重机对水电站、露天堆料场、港口和船台等场所都有着非常重要的作用，起升结构是门座式起重机的重要组成部分，通过连续的正反转和制动，以实现轻载高速和重载低速。门座式起重机控制系统通过变频器，让变频器的优势和作用在门座式起重机中充分发挥出来，让门座式起重机的运行变得更加平稳、安全。鉴于此，文章对门座式起重机控制系统中变频器的应用方法进行了研究，以供参考。

关键词：门座式起重机；变频器；应用研究

1门座式起重机特征及其调速方法

1.1负载特征

门座式起重机的主要负载特征为恒转矩，由于结构不同，所表现出来的特点也不一样。重物在空间有一定的位能，属于一种位能负载。其主要的特点为：重物在上升的过程中，电动机需要克服各种各样的阻力而做功，如摩擦阻力、重物重力等，而这些都属于阻力负载。而当重物在下降时，重物自峰就有着按重力加速下降，所以当重物的重力大于传动机摩擦力时，重物自身的重力就会成为其下降的动力，而此时电动机成为能量的接收者，而这就属于动力负载。但如果重物的重力小于传动机摩擦力，重物下降就需借助电动机拖动才得以实现，而这就属于阻力负载。阻力负载的类型比较多，其中最为常见的就是旋转、行走、变幅机构。如室外的起重机在受到风力的作用下，就会有动力负载产生。

1.2调速方法

通常情况下，门座式起重机的拖动系统都需进行调速。与其他电动机相比较，异步电动机维修比较方便，且结构坚固。所以在变频调速出厂以前，已经研发出了多种异步电动机调速办法，并得到了大范围的推广。比较常见的调速方法为绕线转子异步电动机调速法：利用电刷、集电环在转子回路中串入多段电阻，并通过接入电阻的数量来控制其转速。

2门座式起重机传统调速控制的不足

门座式起重机的各个部件在应用中都需要调速，和普通电动机相比，异步电动机便于运行维护，结构比较坚固简单，传统的门座式起重机控制系统主要是通过异步电动机来调节速度，在起重机转子回路中电刷和集电环串入多个电阻，利用接触器控制相关接入电阻从而控制门座式起重机的转速，而这种调速控制方式存在很多不足；其一，行走、旋转、变幅、起升机构的停止和起动速度较快，产生较大的机械冲击，会缩短起重机的使用寿命，影响起重机运行的稳定性和可靠性；其二，拖动电动机的运行容量比较大，起动瞬间产生大幅度电流，对电网产生很大冲击，浪费很多电能资源；其三，门座式起重机在应用中需要频繁进行装卸操作，绕线式电机调速是门座式起重机控制系统中的关键部件，交流接触器断开或者接入电动机，再串联电阻，这种的切换操作非常频繁，在电网不稳定的状态下，很容易将触头烧坏，影响起重机控制系统的使用性能，并且由于门座式起重机振动、灰尘积聚等因素，转子回路经常断裂、烧坏；其四，起重机运行过程中，起升瞬间升降电动机很容易过载运行、受力不均匀，导致钢丝绳断裂。

3变频器在门座式起重机控制系统中的运用策略

3.1选用适宜的变频器

将门座式起重机电机的相关功率充分结合起来，依据功率匹配的相关准则，选取适宜的变频器，按照起重机控制系统的相关要求，借助于闭环矢量的控制方式，经过脉冲编码器很好地反馈闭环的控制速度，变频器的调速硬度很高，低频转矩特性也很好，这使得门座式起重机的调速动态控制性能进一步达到优良。同时，变频器输出的相关指令信号对起重机制动器的松闸和抱闸进行有效控制，如果变频器具有很低的输出频率，那么起重机也具有很低的电机转速，当起重机的电机转速进一步接近于0的时候，门座式起重机的相关制动器抱闸，充分降低了制动片以及制动毂之间的摩擦，进一步提升了起重机的技术性能。

3.2系统起动以及调速

在门座式起重机控制系统中借助于变频器，变频起动的时候对异步电动机的相关定子电压以及频率实施进一步控制，进而获得起动的相关性能。将门座式起重机的相关需求进一步结合起来，充分减少起重机起动时的电流，减小变频器的相关运行容量，并且对适宜的起动时间进行设定，对起重机起动进程中的动态转矩实施转换，这样能够进一步降低起重机的起动电流与损耗。部分变频器拥有转矩以及矢量控制的作用，进一步有效的限制电流，假如将起重机的相关转速指令充分设置成阶跃指令，门座式起重机控制系统凭借变频器能够对电流进行充分限制，而且起重机开始起动的时候一般会携带重物，经过变频器的最大转矩，进一步起动起重机。

3.3拖动系统设计

因为起升以及旋转电动机的要求非常严格，应选取专用的电动机。行走电动机能够进一步选取一般的电动机。在拖动系统设计里面应进一步注重重物上升的进程中起动转矩Ts非常大，一般超过转矩TN的150%。考虑到在具体工作中会出现的电源的电压不断下降等情况，通常情况下起动转矩Ts应选取额定转矩的150%至180%。因为拖动系统都包含机械式的制动器，一定要对电动机和机械式制动器动作之间的进一步配合进行充分考虑。

3.4 制动方式

门座式起重机控制系统利用变频器调速的直流制动和再生制动，将旋转、变幅、起升的运动速度准确地下降为零，使其停止。变频调速系统在实际应用中，应注意制动电阻和制动单元，快速释放由势能转换的电能，制动单元和制动电阻必须确保将变频器的逆变能量全部消耗掉，根据平均放电容量来设置制动电阻。另外，对于门座式起重机，有时需要将重物停留在空中一段时间，通过变频器可以使重物保持相对静止，但是起重机很容易受到大风、大雨等外界因素的影响，所以门座式起重机应设置电磁制动器，实现起动机机械制动

3.5变频调速系统控制点

门座式起重机拖动系统包括的内容比较多，例如双机、行走、单机、变幅、旋转、开闭斗、下降和起升等控制动作，这些控制动作可以借助变频器和可编程逻辑控制器来实现无触点控制。在门座式起重机控制系统中，需要对溜钩进行科学的管控。电磁制动器在抱闸和松开的瞬间会使重物由静止的状态转变成缓慢下滑的状态，这就是溜钩现象。在对溜钩问题进行控制时，需要注意以下方面：（1）受电磁制动器的型号和大小影响，制动器从断电到通电通常需要0.6ｓ左右，如果变频器过早地出现停止输出的情况，就会导致溜钩的现象出现。（2）电磁制动器出现抱闸的现象后，要避免高频率输出所产生的启动力矩，防止溜钩情况产生。在对溜钩问题进行处理的时候，可以从以下着手：（1）重物高空静止。将初始频率假设成为f_bs，当变频器工作频率达到f_bs时，会发出频率达到的信号，此时电磁制动器就会发出断电的指令。将f_bs的维持时间假设为t_bs，电磁制动器从释放到抱闸需要的时间就会小于t_bs。直接将变频器的工作效率降低到最低。（2）重物上升或者是下降。将升降起始频率假设为f_RD，变频器工作频率达到最佳时停止，同时对电流进行检测，可以将电流检测时间设置成为t_RC；变频器输出的电流比较充足时，发出“松开”指令，电磁制动器就会及时地进行通电。

结语

综上所述，将变频器使用在门座式起重机控制系统中，可以使整机的稳定性、安全性和可靠性得到不断的提高，即便是在非常恶劣的环境下工作，也可以有效改善起重机的维护性能。因此在门座式起重机控制系统中增加变频器的使用频率，推动起重机的快速发展。

参考文献

［１］孙学安．门座式起重机变频器的改造及应用［Ｊ］．电工技术，２０１８（４）：１－４．

［２］姜维，李姗珊．门座式起重机的信息化改造［Ｊ］．设备管理与维修，２０１９（６）：８９－９１．

［３］符家崇．门座式起重机常见故障与维修保养［Ｊ］．设备管理与维修，２０１９（６）：７６－７７